tratamento de resÍduos gerados na indÚstria...

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curso Bacharelado em Química Departamento de Química COQUI DEBORAH MONIK FABRIS TRATAMENTO DE RESÍDUOS GERADOS NA INDÚSTRIA OFTÁLMICA UTILIZANDO PROCESSOS FENTON Pato Branco, 2014.

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Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Curso Bacharelado em Química

Departamento de Química – COQUI

DEBORAH MONIK FABRIS

TRATAMENTO DE RESÍDUOS GERADOS NA INDÚSTRIA

OFTÁLMICA UTILIZANDO PROCESSOS FENTON

Pato Branco, 2014.

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DEBORAH MONIK FABRIS

TRATAMENTO DE RESÍDUOS GERADOS NA INDÚSTRIA

OFTÁLMICA UTILIZANDO PROCESSOS FENTON

Trabalho de Conclusão de Curso como requisito parcial para a conclusão do Curso Bacharelado em Química – habilitação bacharelado da UTFPR – Câmpus Pato Branco. Professor Orientador: Dr. Marcio Barreto Rodrigues

Pato Branco, 2014

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TERMO DE APROVAÇÃO

O trabalho de diplomação intitulado Tratamento de Resíduos Gerados na

Indústria Oftálmica Utilizando Processos Fenton foi considerado APROVADO de

acordo com a ata da banca examinadora N 8.2.2014-B de 2014.

Fizeram parte da banca os professores.

DR. MÁRCIO BARRETO RODRIGUES

DRA. MARISTELA FIORESE AMADORI

ROBERTA RONCATTI

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RESUMO

FABRIS, Déborah M. Tratamento de resíduos gerados na indústria oftálmica utilizando-se de processos fenton e foto-fenton. 2014. 38f. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2014. Neste projeto foi realizado estudos para tratamento dos resíduos gerados na indústria oftálmica, com o intuito de minimizar os impactos ambientais gerados pela mesma. Neste tipo de indústria é comum a geração de águas residuárias contendo EDTA, tensoativos, enzimas, corantes, metais e outros compostos orgânicos, que podem afetar a proliferação de microrganismos dificultando os tratamentos convencionais, tipicamente biológicos. O tratamento do efluente através da coagulação tendo como pós-tratamento a separação por sedimentação ou flotação é comumente utilizado e eficaz na retirada de materiais particulados de vários efluentes. Porém no quesito coloração e compostos orgânicos é essencial que haja processos diferenciados de tratamento. O objetivo deste trabalho envolveu o estudo de um meio alternativo de tratamento do efluente bruto por meio dos processos fenton, seguido da caracterização do efluente bruto e tratado, avaliando-se parâmetros como DQO, DBO, fenóis, turbidez, sólidos totais, sólidos sedimentares e sólidos dissolvidos. Neste contexto, foi possível verificar que houve uma redução significativa nos valores dos parâmetros do efluente bruto comparado com o efluente tratado e apesar de ainda não estar totalmente de acordo com as legislações vigentes é válido a iniciativa de tratamento pelo processo fenton. Palavras-chave: Tratamento. Efluente. Fenton.

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ABSTRACT

FABRIS, Deborah M. Treatment of waste generated in the ophthalmic industry using the Fenton and Photo-Fenton processes. 2014. 38f. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2014. This project was carried out studies for the treatment of waste generated in the ophthalmic industry, in order to minimize the environmental impacts caused by the same. In this type of industry it is common to generate wastewater containing EDTA, surfactants, enzymes, dyes, metals and other organic compounds, which can affect the growth of microorganisms hindering conventional treatments, typically organic. The treatment of the effluent by coagulation with post-treatment such as separation by sedimentation or flotation is commonly used and effective in the removal of particulate materials of various effluents. But in the category coloring and organic compounds is essential that different treatment processes. This work involved the study of an alternative means of treatment of raw wastewater through Fenton processes, followed by the characterization of the raw and treated wastewater, evaluating parameters such as COD, BOD, phenols, turbidity, total solids, sediment solids and dissolved solids. In this context, we found that there was a significant reduction in the values of raw effluent parameters compared with the treated effluent and although not yet fully in accordance with the current legislation applies the initiative to treatment by Fenton process. Keywords: Treatment. Effluent. Fenton.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Valores dos parâmetros do efluente bruto. .............................................. 29

Tabela 2 - Dados obtidos após pré-tratamentos do efluente em estudo. .................. 29

Tabela 3 - Resultados obtidos nos ensaios do tratamento do efluente sob valores

diferenciados de FeSO4 e de H2O2. .......................................................................... 30

Tabela 4 – Valores obtidos dos parâmetros para o efluente tratado e sua respectiva

porcentagem de redução. ......................................................................................... 32

Tabela 5 - Comparativo dos valores dos parâmetros do efluente tratado com os

valores tabelados pelo CONAMA e pelo CEMA. ....................................................... 34

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Exemplo de corante direto (I - corante Vermelho Congo) contendo grupos

diazo como grupos cromóforo. .................................................................................. 15

Figura 2 - Estrutura Molecular do corante ácido Violeta. ........................................... 16

Figura 3 - Processo de redução do corante á cuba com ditionito de sódio. .............. 16

Figura 4 - Reação de corantes contendo grupo tiossulfato com íon sulfeto e

subsequente formação dos corantes com pontes de dissulfeto. ............................... 17

Figura 5 - Corante solubilizado temporariamente através de reação de hidrólise (V -

Corante Vermelho de lonamina KA). ......................................................................... 18

Figura 6 -Tintura da lã com o corante pré-metalizado (VII) cromo/corante 1:1 através

do grupo amino como ligante e o centro metálico do corante. .................................. 18

Figura 7 - Corante branqueador ((VIII) corante fluorescente 32) contendo o grupo

triazina usado como branqueador de algodão, poliamida, lã e papel. ....................... 19

Figura 8 - Estrutura química do corante azo Metanil amarelo. .................................. 19

Figura 9- Características de efluentes líquidos. ........................................................ 20

Figura 10- Esquema geral de um sistema de tratamento de efluentes líquidos. ....... 21

Figura 11 – Fluxograma do processo do pré-tratamento 1. ...................................... 27

Figura 12 - Fluxograma do processo de pré-tratamento 2. ....................................... 28

Figura 13 - Efluente com valores diferenciados de FeSO4 e de H2O2. ...................... 30

Figura 14 - Filtração do Efluente tratado. .................................................................. 31

Figura 15 - Filtração do Efluente tratado. .................................................................. 31

Figura 16 - Efluente tratado com os valores do tratamento nº 4. .............................. 32

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Comparação de DBO e DQO do efluente bruto e tratado. ...................... 33

Gráfico 2 - Comparação de Fenóis do efluente bruto com o tratado. ........................ 33

Gráfico 3 - Comparação de Sólidos Totais e Dissolvidos do efluente bruto com o

tratado. ...................................................................................................................... 33

Gráfico 4 - Comparação de Turbidez do efluente bruto com o tratado. ..................... 34

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 10 2 DELIMITAÇÃO DO PROJETO ............................................................................... 11 3 HIPÓTESES ........................................................................................................... 12

4 OBJETIVOS ........................................................................................................... 13 4.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 13 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 13 5 REFERENCIAL TEÓRICO ..................................................................................... 14 5.1 CORANTES E PIGMENTOS ............................................................................... 14

5.2 CLASSE DE CORANTES ................................................................................... 15 5.2.1 Corantes Diretos .............................................................................................. 15 5.2.2 Corantes Ácidos ............................................................................................... 16

5.2.3 Corantes á Cuba .............................................................................................. 16 5.2.4 Corantes de Enxofre......................................................................................... 16 5.2.5 Corantes Dispersivos ....................................................................................... 17 5.2.6 Corantes Pré-metalizados ................................................................................ 18

5.2.7 Corantes Branqueadores ................................................................................. 18 5.2.8 Corantes Azoicos ............................................................................................. 19

5.3 TRATAMENTO DE EFLUENTES ........................................................................ 20 5.3.1 Processos Oxidativos Avançados (POA’s) ....................................................... 21

5.3.2 Processo fenton ............................................................................................... 22 6 MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................... 23 6.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE ................................................................. 23

6.1.1 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ........................................................ 23 6.1.2 Demanda Química de Oxigênio (DQO) ............................................................ 24

6.1.3. Fenóis - FOLIN CIOCALTEAU ........................................................................ 24

6.1.4. Sólidos Sedimentáveis .................................................................................... 24

6.1.5. Sólidos Totais .................................................................................................. 25 6.1.6. Sólidos Totais Dissolvidos ............................................................................... 25

6.1.7. Turbidez .......................................................................................................... 26 6.2 PRÉ-TRATAMENTO DO EFLUENTE ................................................................. 26 6.2.1 Pré-tratamento 1 .............................................................................................. 26 6.2.2 Pré-tratamento 2 .............................................................................................. 27

7 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 29 7.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE BRUTO .................................................... 29 7.2 TRATAMENTO .................................................................................................... 29 8 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 36 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 37

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1 INTRODUÇÃO

Tão natural quanto à tentativa de sobrevivência do ser humano é o esforço

do mesmo para conhecer o universo em que vivemos. Pensando nisto, podemos

observar que com a passagem dos anos, a humanidade vem se desenvolvendo

no intuito de facilitar nossas atividades diárias. Porém, chegou a hora em que o

desenvolvimento deve deixar de ser apenas consumista e se tornar sustentável,

aumentando o período de vida dos recursos naturais antes que se tornem

escassos. Assim, com o decorrer dos anos, houve um grande avanço em

tecnologias voltadas para diminuir os impactos ambientais causados pelo

homem.

Segundo Nogueira (2007), nas indústrias têxteis, por exemplo, é comum

a presença de EDTA, tensoativos, enzimas, corantes, metais e outros compostos

orgânicos, que podem afetar a proliferação de microrganismos e dificultar os

tratamentos biológicos. A coagulação seguida de separação por flotação ou

sedimentação são eficientes na remoção de material particulado de diversos

efluentes. No entanto, para a remoção da cor e dos compostos orgânicos é

necessária a aplicação de tratamentos complementares. É neste contexto que

os processos Fenton e Foto Fenton surgem como uma alternativa viável ao

tratamento de diversos tipos de efluentes. Os processos Fenton e Foto Fenton

podem ser utilizados sozinhos, como pré e pós-tratamento de efluentes. Neste

cenário, são muito estudadas as combinações de processos Fenton/Foto-Fenton

com processos físico-químicos, onde inicialmente o material particulado e metais

são removidos do efluente e posteriormente são aplicados os processos

Fenton/Foto-Fenton para a remoção de cor, carbono orgânico total (COT) e odor.

Os objetivos do presente estudo são avaliar um meio de tratamento do

efluente bruto por meio do processo fenton, e caracterizar o efluente antes e

após o tratamento, observando eventuais diferenças.

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2 DELIMITAÇÃO DO PROJETO

Aplicação de técnicas de tratamento de resíduos de corantes recorrentes

de indústrias oftálmicas utilizando processo Fenton. O projeto se limitará ao

estudo do efeito de processos oxidativos avançados do tipo fenton para a

degradação de corantes constituintes de efluente oftalmológico e em alguns

parâmetros físico-químicos de relevância ambiental.

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3 HIPÓTESES

Utilizando o tratamento dos resíduos por processo Fenton é esperado que

o efluente tratado possa ser enquadrado dentro dos parâmetros e exigências da

Norma Técnica NT 202 R-10/FEEMA e da Resolução 430/2011 do Conselho

Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Os quais indicam que a Demanda

Bioquímica de Oxigênio (DBO) deve estar próximo a 60%, que o Ferro Solúvel a

15,0 mg/L e que os índices de Fenóis a 0,2 mg/L, além de reduções significativa

de cor.

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4 OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GERAL

Estudar o processo de tratamento do efluente através de processos

oxidativos avançados do tipo Fenton.

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar físico-quimicamente o efluente bruto oriundo da indústria

oftálmica Segment System – Soluções ópticas;

Estudar a aplicação do processo de Fenton para o tratamento dos

resíduos dos efluentes de indústrias oftálmicas.

Caracterizar físico-quimicamente o efluente tratado com processo Fenton

e comparar com a legislação vigente.

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5 REFERENCIAL TEÓRICO

Segundo a Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011, art. 4º inciso V,

efluente é o termo usado para caracterizar os despejos líquidos provenientes de

diversas atividades ou processos (BRASIL, 2011).

Segundo Fonseca (2001) o efluente tem aspecto líquido o qual possui

algumas propriedades peculiares que o diferem água tradicional. As principais

propriedades que o diferenciam são a demanda química de oxigênio (DQO),

demanda bioquímica de oxigênio (DBO), os metais pesados, os micro e macro

nutrientes, os traços orgânicos e os patógenos.

Cada efluente é tratado de acordo com a sua característica principal

podendo ser ela de caráter físico, químico e biológico. (KAMIDA e DURRANT,

2005)

5.1 CORANTES E PIGMENTOS

De acordo com Bastian et al. (2009), os corantes e pigmentos são

materiais que tem propriedades de absorção e, no caso dos pigmentos, também

de dispersão, em relação à luz. As propriedades de absorção da luz são

decorrentes do comportamento de certos elétrons das moléculas dos compostos

colorantes. Existem dois tipos de compostos colorantes:

Pigmentos: Absorvem e dispersam parcialmente a energia visível;

Corantes: Apenas absorvem a energia visível.

Quanto à diferenciação destes compostos ocorre um conflito, pois

algumas substâncias podem ser utilizadas tanto como corantes como pigmentos.

Corantes têm como característica a dissolução durante o processo de aplicação,

embora sejam pouco solúveis em água, os mesmos são dissolvidos na água dos

banhos de tingimento antecedendo a penetração no material onde também são

dissolvidos. Por outro lado, pigmentos, são substâncias adsorventes que ficam

dispersas no meio por serem finamente divididas, e são adicionadas a um

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“veículo” com propriedades adesivas formando um filme translúcido com a

secagem, portanto por terem apenas propriedades de absorção, os corantes são

usados para colorir matérias transparentes como plásticos, películas e lentes,

enquanto objetos opacos são normalmente coloridos por pigmentos, geralmente

na forma de pintura (KUEHNI, 1997).

Segundo Kuehni (1997), os corantes seguem a Lei de Lambert-Beer, e

suas absorbâncias são a princípio, aditivas. A absorbância de uma mistura de

dois corantes, cada uma com uma concentração diferente, pode ser calculada

pela soma dos valores da absorbância dos corantes individuais em suas

respectivas concentrações, em cada comprimento de onda.

5.2 CLASSE DE CORANTES

Segundo Guaratini (1999) os corantes podem ser diferenciados por sua

maneira de ser fixados no material (diretos, ácidos, básicos, azóicos etc.), ou por

sua estrutura química.

5.2.1 Corantes Diretos

São corantes solúveis em água que através de interações de Van der

Waals podem tingir fibras de celulose. Faz parte desta classe os corantes que

contém mais de um grupo azo (Figura 1) ou que são pré-convertidos em

complexos metálicos (GUARATINI e ZANONI, 2000).

Figura 1 - Exemplo de corante direto (I - corante Vermelho Congo) contendo

grupos diazo como grupos cromóforo.

Fonte: Guaratini e Zanoni, 2000.

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5.2.2 Corantes Ácidos

São corantes aniônicos que contém de um a três grupos sulfônicos e que

através desses grupos ionizáveis solubilizam-se em água, podendo serem

aplicados na coloração de fibras proteicas e de fibras de poliamida sintética. Os

corantes ácidos (Figura 2) têm como principal estrutura química os grupos azo,

antraquinona, triarilmetano, azina, xanteno, ketonimina, nitro e nitroso, os quais

permitem um alto grau de coloração e fixação (VASQUES, 2008).

Figura 2 - Estrutura Molecular do corante ácido Violeta.

Fonte: Guaratini e Zanoni, 2000.

5.2.3 Corantes á Cuba

É uma classe baseada nos índigos, tioindigóides e antraquinóides os

quais são insolúveis em água. Entretanto, concomitantemente ao processo de

tintura eles são reduzidos com ditionito, em solução alcalina, resultando em uma

substancia solúvel, ou seja, em uma forma leuco (Figura 3). Em seguida com a

oxidação pelo ar, peróxido de hidrogênio, etc., o corante se regenera a forma

original sobre a fibra (WERKA, 2009).

Figura 3 - Processo de redução do corante á cuba com ditionito de sódio. Fonte: Werka, 2009.

5.2.4 Corantes de Enxofre

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Esta classe se caracteriza por conter compostos macromoleculares com

pontes de polissulfetos (- Sn-), os quais são altamente insolúveis em água. Estes

corantes têm sido empregados, sobretudo na tintura de fibras celulósicas,

atribuindo cores como: preto, verde oliva, azul marinho, marrom e

proporcionando uma boa fixação. A sua aplicação se dá em seguida a pré-

redução em banho de ditionito de sódio, resultando em um composto solúvel.

Posteriormente são reoxidados sobre a fibra através do contato com ar.

(GUARATINI, 1999). A figura 4 demonstra um exemplo de reação de corantes

de Enxofre.

Figura 4 - Reação de corantes contendo grupo tiossulfato com íon sulfeto e subsequente

formação dos corantes com pontes de dissulfeto. Fonte: Guaratini e Zanoni, 2000.

5.2.5 Corantes Dispersivos

Constituem uma classe de corantes insolúveis em água os quais tem

aplicação nas fibras de celulose e outras fibras hidrofóbicas por meio de

suspensão (partículas entre 1 a 4 micra). No processo de tintura, o corante sofre

hidrólise (Figura 5) e sua insolubilidade precipita-se lentamente na forma

dispersa sobre o acetato de celulose. O nível de solubilidade influencia

inteiramente o processo e a qualidade da tintura, portanto deve ser do pequeno,

porém definido. Sua empregabilidade se dá especialmente em tinturas de fibras

sintéticas, bem como: acetato celulose, nylon, polyester e poliacrilonitrila

(GUARATINI e ZANONI, 2000).

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Figura 5 - Corante solubilizado temporariamente através de reação de hidrólise (V - Corante Vermelho de lonamina KA).

Fonte: Guaratini e Zanoni, 2000.

5.2.6 Corantes Pré-metalizados

São empregados especialmente em tintura de fibras protéicas e

poliamida. Esses corantes são definidos pela presença de um grupo hidroxila ou

carboxila na posição ortho em relação ao cromóforo azo, o qual confere a

formação de complexos com íons metálicos. Os compostos mais comuns são os

complexos estáveis de cromo:corante 1:1 (Figura 6) ou 1:2 (GUARATINI, 1999).

Figura 6 -Tintura da lã com o corante pré-metalizado (VII) cromo/corante 1:1 através do grupo amino como ligante e o centro metálico do corante.

Fonte: Guaratini e Zanoni, 2000.

5.2.7 Corantes Branqueadores

Neste grupo as fibras têxteis em seu estado bruto apresentam

inicialmente um aspecto amarelado, pois absorvem luz na faixa de baixo

comprimento de onda. Os branqueadores fluorescentes (Figura 7) ou ópticos

estão sendo utilizados em indústrias para diminuir essa tonalidade amarelada

através da oxidação da fibra. Os grupos presentes nesta classe de corante são

os carboxílicos, azometino (-N=CH-) ou etilênicos (-CH=CH-) aliados a

sistemas benzênicos, naftalênicos, pirênicos e anéis aromáticos os quais

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resultam em uma reflexão por fluorescência na região de 430 a 440 nm quando

excitados por luz ultra-violeta (GUARATINI e ZANONI, 2000).

Figura 7 - Corante branqueador ((VIII) corante fluorescente 32) contendo o grupo triazina usado como branqueador de algodão, poliamida, lã e papel.

Fonte: Guaratini e Zanoni, 2000.

5.2.8 Corantes Azoicos

A principal característica desse grupo é a presença de uma ou mais

ligações do tipo azo (-N=N-). Na figura 8 é possível observar a estrutura química

de um corante azo (AMORIM, 2009).

Figura 8 - Estrutura química do corante azo Metanil amarelo. Fonte: Sleiman, 2007

A fibra durante o método de tingimento é saturada com um composto

solúvel em água e com a adição de um sal de diazônio (RN2+) reage com o

composto saturante produzindo um corante insolúvel em água. Esse processo

permite um alto padrão de fixação e de resistência contra luz e umidade

(GUARATINI, 1999)

Nos dias de hoje, os azocorantes constituem uma família de compostos

que tem como principal propriedade a coloração intensa. Com essa

característica, estes corantes têm grande importância industrial, chegando a ser

por volta de 70% dos corantes comercializados mundialmente desta família.

Porém, foram descobertos os efeitos maléficos a organismos vivos, onde tal

toxicidade está relacionada à liberação de compostos tóxicos devido à hidrólise

biológica da ligação azo, principalmente aminas aromáticas, que têm suspeitas

de serem cancerígenas (UMBUZEIRO, 2005).

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Com isto, o descarte desses compostos em corpos aquáticos deixa em

risco a saúde humana, onde ocorre a degradação dos compostos por

microrganismos, salientando o tratamento dos mesmos (DA ROSA, 2003).

5.3 TRATAMENTO DE EFLUENTES

Apesar de existirem inúmeras formas de tratamento de resíduos líquidos,

todas estas estão classificadas em três grupos distintos: físico, biológico e

químico diferenciando-os por seus processos. A Figura 9 relaciona as

características dos efluentes líquidos.

Figura 9- Características de efluentes líquidos.

Fonte: Lora, (2002).

Segundo Santos (2007), o tratamento de efluentes industriais envolvem

processos necessários à remoção de impurezas geradas na fabricação de

produtos de interesse. Os métodos de tratamento estão diretamente

relacionados ao tipo de efluente gerado, ao controle operacional da atividade

industrial e das características da água utilizada. A Figura 10 apresenta um

esquema geral de tratamentos de efluentes.

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Figura 10- Esquema geral de um sistema de tratamento de efluentes líquidos.

Fonte: Lora (2002)

Conforme Braga et al. (2005); Santos (2007) e Dezotti et al. (2008) o

tratamento físico tem como característica remover os resíduos por métodos de

filtração ou adsorção do efluente. O tratamento biológico reduz o resíduo através

de bactérias aeróbias e anaeróbias e o processo químico baseia-se na reação

do resíduo com uma substância, convertendo-o em uma substância menos

nociva ao meio ambiente.

5.3.1 Processos Oxidativos Avançados (POA’s)

Os processos oxidativos tem como princípio básico a destruição dos

poluentes orgânicos, sendo que os processos oxidativos avançados

transformam a maior parte dos contaminantes orgânicos em água, ânions

inorgânicos e dióxido de carbono, por meio de reações de degradação que

abrangem classes transitórias oxidantes, especialmente os radicais hidroxila.

Esses processos são limpos e não seletivos, podendo degradar os compostos

orgânicos nas fases sólida, líquida e gasosa. (TEIXEIRA e JARDIM, 2004)

Segundo Stasinakis (2008) alguns dos Processos Oxidativos Avançados

(POA’s) são:

- Peróxido de Hidrogênio/ Luz UV;

- Peróxido de Hidrogênio/ Ozônio;

- Ozônio/ Luz UV;

- Ozônio/ Peróxido de Hidrogênio/ Luz UV;

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- Ozônio/ Dióxido de Titânio/ Peróxido de Hidrogênio;

- Ozônio/ Dióxido de Titânio;

- Oxidação Catalítica;

- Oxidação de Água Supercrítica;

- Foto-Fenton;

- Fenton.

5.3.2 Processo fenton

Segundo Nogueira (2007), a oxidação catalítica de ácido tartárico na

presença de sais ferrosos e peróxido de hidrogênio foi relatada por H.J Fenton

em 1894. Na reação de Fenton (reação 1) foi proposto que o radical hidroxila é

a espécie oxidante neste sistema, capaz de oxidar várias classes de compostos

orgânicos em uma reação espontânea que ocorre no escuro.

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + .OH + OH- (Reação Fenton) (1)

Na ausência de um substrato, o radical hidroxila formado pode oxidar

outro íon Fe(II), representado na reação 2:

Fe2+ + .OH Fe3+ + OH- (2)

As espécies de ferro em solução aquosa (Fe2+, Fe3+) existem como aquo-

complexos, porém para a simplificação do texto foram omitidas as águas de

hidratação nas reações representadas. Os íons férricos formados podem

decompor H2O2 cataliticamente a H2O e O2 cujos passos são dependentes do

pH, formando também íons ferrosos e radicais, conforme as reações 3, 4, 5, 6 e

7:

Fe3+ + H2O2 FeOOH3+ + H+ (3)

FeOOH3+ Fe2+ + HO2- (4)

Fe2+ + HO2- Fe3+ + HO2

- (5)

Fe3+ + HO2- Fe2+ + O2 + H+ (6)

H2O2 + OH- HO2- + H2O (7)

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6 MATERIAIS E MÉTODOS

A empresa que fomentou a pesquisa foi a Segment System – Soluções

Ópticas, sendo que a mesma doou os efluentes residuais. Os reagentes

utilizados, Peróxido de Hidrogênio (H2O2), o Sulfato de Ferro (FeSO4), Sulfato de

Alumínio (Al2SO4) e os demais insumos necessários, assim como o aparato

fotoquímico (lâmpada UV, agitador magnético, reator, etc.) foram fornecidos pela

Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

6.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE

Realizou-se a caracterização do efluente através dos seguintes

parâmetros: Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Demanda Química de

Oxigênio (DQO), Fenóis, Sólidos Totais, Sólidos Sedimentáveis, Sólidos

Dissolvidos e Turbidez, de acordo com a metodologia do APHA 2005.

6.1.1 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

Foi determinado pelo método iodométrico de Winkler modificado pela

Azida (titulométrico), onde é calculada a diferença de Oxigênio Dissolvido (OD)

no dia e após 5 dias de incubação da amostra a 20ºC (equação 1).

Adicionou-se no efluente bruto 1 mL de Azida e 1 mL de Sulfato

Manganoso, após a decantação do precipitado acrescentou-se 1 mL de ácido

sulfúrico concentrado e misturou-se bem por inversão, até a dissolução completa

do precipitado. Transferiu-se imediatamente 200 mL da amostra para o frasco

Erlenmeyer de 250 mL e titulou-se o iodo com a solução padronizada de

tiossulfato de sódio até obter uma coloração amarelo-pálida. Acrescentar

algumas gotas de solução de amido e continuar a titulação até o

desaparecimento da coloração azul (MACÊDO, 2005).

𝐷𝐵𝑂 = 𝑂𝐷 𝑑𝑖𝑎−𝑂𝐷 5 𝑑𝑖𝑎𝑠

𝑃. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖çã𝑜 (𝑠𝑒 ℎ𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟) (1)

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D1 = OD da amostra imediatamente após a preparação, mL

D2 = OD da amostra 5 dias após a incubação a 20ºC, mL

P = Fração centesimal volumétrica da amostra utilizada

6.1.2 Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Foi determinado pelo método colorimétrico que se baseia na mudança de

cor do Dicromato de Potássio em meio ácido, através da oxi-redução.

Lavou-se os tubos com H2SO4 20% para eliminar interferentes de

amostras anteriores e fez-se uma prova em branco, adicionando água destilada

no lugar da amostra e executou-se o mesmo procedimento descrito para a

amostra. O branco foi utilizado para zerar o espectrofotômetro. Na capela

adicionou-se nos tubos 3,0 mL da solução de digestão, 5,0 mL de amostra o

efluente, 7,0 mL de reagente ácido sulfúrico e agitou-se várias vezes para a

homogeneização. Colocou-se os tubos no bloco digestor e fez-se a digestão da

amostra a 150ºC por 2 horas. Retirou-se os tubos do bloco digestor, esperou-se

esfriar, agitou-se e deixou-se sedimentar. Ligou-se o espectrofotômetro, ajustou-

se o comprimento de onda para 600nm e “zerou-se” com a prova em branco.

Fez a leitura da amostra (MACÊDO, 2005).

6.1.3. Fenóis - FOLIN CIOCALTEAU

Foi realizado através do reagente Folin-Ciocalteau, o qual consiste em

uma mistura dos ácidos fosfomolibídico e fosfotunguístico. Onde pegou-se 0,5

mL da amostra e adicionou-se em ordem e agitando-se no Vortex: 2,5 mL de

Folin Ciocalteau diluído, esperou-se de 3 a 8 minutos e adicionou-se 2,0 mL de

carbonato de sódio 4%. Tampou-se e reservou-se o tubo por 02 horas fora da

luz. Leu-se a 740 nm em uma célula de 1,0 cm (SOUSA, 2007).

6.1.4. Sólidos Sedimentáveis

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O método se baseia na sedimentação dos resíduos em suspensão devido

a influência da gravidade e o resultado é fornecido utilizando cone Imhoff onde

foi adicionado um litro de amostra e após uma hora obtém-se o resultado em

mL/L (MACÊDO, 2005).

6.1.5. Sólidos Totais

Sólidos totais são matérias suspensas ou dissolvidas presentes numa

amostra de água. Esse termo é aplicado ao resíduo de material deixado no

recipiente após a evaporação de uma amostra e sua subsequente secagem

completa a uma temperatura definida (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2008).

6.1.6. Sólidos Totais Dissolvidos

Foram determinados pelo método gravimétrico, onde foi verificado a

diferença de peso do resíduo da evaporação após a filtração, conforme a

metodologia do Instituto Adolfo Lutz. Onde filtrou-se 100 mL da amostra em filtro

de fibra de vidro a vácuo (funil de Buchner acoplado a bomba de vácuo) até que

não passe mais água, transferiu-se quantitativamente para uma cápsula de vidro

previamente tarada (P1), na sequência evaporou-se em banho-maria e secou-se

em estufa a temperatura de 105ºC por 2 horas. Posteriormente retirou-se e

deixou-se esfriar em dessecador e pesou-se (P2). Repetiu-se a operação de

aquecimento e resfriamento até peso constante ou peso mínimo. O aumento de

peso em relação ao peso da cápsula vazia corresponde a sólidos dissolvidos

totais, o qual está relacionada na equação 2 (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2008).

𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝐷𝑖𝑠𝑠𝑜𝑙𝑣𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑖𝑠 (𝑚𝑔

𝐿) =

(𝑃2−𝑃1).1.000.000

𝑉 (2)

Onde:

P1 = Peso (g) da cápsula sem resíduo

P2 = Peso (g) da cápsula com resíduo

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V = Volume da amostra

6.1.7. Turbidez

O método é baseado na comparação da intensidade de luz espalhada

pela amostra em condições definidas, com a intensidade de luz espalhada por

uma suspensão considerada padrão. O turbidímetro é o aparelho utilizado para

a leitura, este aparelho é constituído de um nefelômetro, sendo a turbidez

expressa em unidades nefelômétricas de turbidez (UNT). (MACÊDO, 2005)

Foi realizado no Turbidímetro Quimis nº de série Março 2005 *031*, o

qual está localizado no LAQUA.

6.2 PRÉ-TRATAMENTO DO EFLUENTE

Foram realizados pré-tratamentos com o intuito de optar pelo melhor

tratamento para este efluente.

6.2.1 Pré-tratamento 1

Este experimento foi realizado com base em dois valores para Sulfato

Ferroso e para Peróxido de Hidrogênio, sendo o primeiro de 0,16g de FeSO4 e

5 mL de H2O2 (Pré-tratamento 1A) e o segundo de 0,50g de FeSO4 e 15 mL de

H2O2 (Pré-tratamento 1B). O efluente foi tratado conforme o fluxograma

representado na figura 11.

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Figura 11 – Fluxograma do processo do pré-tratamento 1.

Fonte: própria.

Primeiramente ajustou-se o pH do efluente bruto para aproximadamente

3,0 e adicionou-se o Sulfato Ferroso ao efluente e dissolvendo-o em um agitador

magnético. Na sequência, adicionou-se H2O2 (30%) e deixou-se em agitação por

aproximadamente 5 minutos. Após esse tempo ajustou-se novamente o pH para

aproximadamente 9,0 e esperou-se decantar por aproximadamente 30 minutos.

Finalmente filtrou-se o efluente tratado.

6.2.2 Pré-tratamento 2

O pré-tratamento 2 seguiu de acordo com o fluxograma representado na

figura 12.

Ajustou-se o pH do efluente bruto para

aproximadamente 3,0

Adicionou-se o Sulfato Ferroso ao efluente

Dissolveu-o em um agitador magnético

Adicionou-se H2O2

(30%)

Deixou-se em agitação por aproximadamente

5 minutos

Ajustou-se novamente o pH para

aproximadamente 9,0

Esperou-se decantar por aproximadamente

30 minutos

Filtrou-se o efluente tratado

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Figura 12 - Fluxograma do processo de pré-tratamento 2. Fonte: própria.

Primeiramente ajustou-se o pH do efluente bruto para aproximadamente

3,0 e adicionou-se o coagulante, Sulfato de Alumínio, Al2(SO4)3, que foi calculada

0,075g, ao efluente, dissolvendo-o em um agitador magnético, com velocidade

máxima 100 r.p.m. por 2 a 3 minutos. Na sequência, reduziu-se a velocidade de

agitação para 50 r.p.m. durante 10 a 30 minutos e esperou-se decantar por

algum tempo. Finalmente filtrou-se o efluente tratado.

Ajustou-se o pH do efluente bruto para

aproximadamente 3,0

Adicionou-se o coagulante, Sulfato de

Alumínio, Al2(SO4)3, que foi calculada 0,075g, ao

efluente

Dissolvendo-o em um agitador magnético, com velocidade máxima 100 r.p.m. por 2 a 3 minutos

Reduziu-se a velocidade de agitação para 50

r.p.m. durante 10 a 30 minutos

Esperou-se decantarFiltrou-se o efluente

tratado

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7 RESULTADOS E DISCUSSÃO

7.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE BRUTO

Foi realizada a caracterização do efluente bruto seguindo os parâmetros

citados no item 6.1 do presente estudo, sendo os resultados apresentados na

Tabela 2.

Tabela 1 - Valores dos parâmetros do efluente bruto.

Parâmetros Valor obtido

DQO 16.852,89 (mg/L) DBO 3905,00 (mg/L O2)

Fenóis 1553,87 (mg/L) Sólidos Totais 11.625,00 (mg/L)

Sólidos Sedimentáveis <0,5 (mL/L) Sólidos Dissolvidos 10334,00 (mg/L)

Turbidez 483,0 UT

7.2 TRATAMENTO

Com base nos resultados das análises dos parâmetros obtidos nos pré

tratamentos 1 e 2, os quais estão demonstrados na tabela 2 foi optado pelo pré-

tratamento 1, pois os parâmetros pré dispostos no presente trabalho são

indicadores de poluentes, sendo então neste caso quanto menor o valor mais

eficiente é o tratamento e os valores de todos os parâmetros analisados para o

pré-tratamento 1 são menores do que o pré-tratamento 2, exceto em sólidos

sedimentáveis que é igual.

Tabela 2 - Dados obtidos após pré-tratamentos do efluente em estudo.

Parâmetro Pré-tratamento 1A.*

Pré-tratamento 1B**

Pré-tratamento 2***

DQO (mg/L) 12.289,00 11.916,00 13.312,00 DBO (mg/L O2) 3905,00 4201,00 4511,00 Fenóis (mg/L) 555,00 497,51 853,94 Sólidos Totais (mg/L) 14.938,00 15541,00 20.042,00 Sólidos Sedimentáveis (mL/L) <0,5 <0,5 <0,5 Sólidos Dissolvidos (mg/L) 12542,00 12568,00 18425,00 Turbidez (UT) 1665,00 788,00 1215,00

: *Pré-tratamento 1A: 0,16 g de FeSO4 e 5mL de H2O2; **Pré-tratamento 1B: 0,5 de FeSO4 e 15 mL de H2O2; ***Pré-tratamento 2: 0,075g de Al2(SO4)3.

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Para o tratamento final foi realizado testes com diferentes níveis de

concentração de Sulfato Ferroso (FeSO4) e de Peróxido de Hidrogênio (H2O2)

30% a fim de obter a melhor condição de tratamento. Conforme descrito na

tabela 3.

Tabela 3 - Resultados obtidos nos ensaios do tratamento do efluente sob valores diferenciados de FeSO4 e de H2O2.

Teste Condições do teste Parâmetros analisados no efluente após o teste

FeSO4 (g) H2O2 (mL) DQO % de redução Turbidez % de redução

1 1 3 7331,01 56,50 315,00 34,78 2 2 6 5465,39 67,57 247,00 48,86 3 3 9 2964,40 82,41 120,00 75,16 4 4 3 1833,00 89,12 44,00 90,89 5 5 3 1781,94 89,42 43,00 91.10

Através da inspeção dos dados da tabela 3, considera-se a condição de

pré-tratamento 4 como sendo a que resulta nos melhores índices de redução de

DQO e turbidez com o menor consumo de insumos, no qual utilizou-se 4 g de

Sulfato Ferroso e 3 mL de Peróxido de Hidrogênio.

Na figura 13 estão dispostos os efluentes tratados com os valores dos

testes 2, 3, 4 e 5. Nas figuras 14 e 15 o momento da filtração dos efluentes e na

figura 16 o efluente tratado com os valores do teste 4.

Figura 13 - Efluente com valores diferenciados de FeSO4 e de H2O2.

Fonte: própria.

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Figura 14 - Filtração do Efluente tratado.

Fonte: própria.

Figura 15 - Filtração do Efluente tratado.

Fonte: própria.

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Figura 16 - Efluente tratado com os valores do tratamento nº 4.

Fonte: própria.

Sob esta condição considerada otimizada foi repetido o tratamento para

geração de maiores volumes de amostra tratada para a posterior avaliação de

outros parâmetros de relevância ambiental conforme descrito na tabela 4.

Tabela 4 – Valores obtidos dos parâmetros para o efluente tratado e sua respectiva porcentagem de redução.

Parâmetros Valor obtido % de redução

DQO 1833,00 (mg/L) 89,12 DBO 714,00 (mg/L O2) 81,72 Fenóis 35,53 (mg/L) 97,71 Sólidos Totais 26.470,00 (mg/L) 127,70 Sólidos Sedimentáveis <0,5 (mL/L) --- Sólidos Dissolvidos 25988,00 (mg/L) 151,48 Turbidez 44,00 UT 90,89

Na tabela 4 há também a comparação dos valores dos parâmetros do

efluente bruto com o efluente tratado, notando que houve uma porcentagem de

redução nos parâmetros de DBO, DQO, fenóis, turbidez e há uma porcentagem

de aumento nos parâmetros de sólidos totais e sólidos dissolvidos. Sendo que

para sólidos sedimentáveis manteve-se o mesmo valor.

A seguir estão dispostos gráficos demonstrando a redução e o aumento

para cada parâmetro analisado. O gráfico 1 dispõe sobre essa diferença nos

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parâmetros DBO e DQO, o gráfico 2 sobre fenóis, o gráfico 3 sobre sólidos totais

e dissolvidos e o gráfico 4 sobre a turbidez.

Gráfico 1 - Comparação de DBO e DQO do efluente bruto e tratado.

Gráfico 2 - Comparação de Fenóis do efluente bruto com o tratado.

Gráfico 3 - Comparação de Sólidos Totais e Dissolvidos do efluente bruto com o tratado.

Efluente Bruto; DQO (mg/L O2); 16.852,89

Efluente Bruto; DBO (mg/L O2);

3905,00

Efluente Tratado; DQO

(mg/L O2); 1833,00

Efluente Tratado; DBO

(mg/L O2); 714,00

DBO e DQO

Efluente Bruto Efluente Tratado

Fenóis (mg de Ácido Gálico);

Efluente Bruto; 1553,87

Fenóis (mg de Ácido Gálico);

Efluente Tratado; 35,53

Fenóis (mg de Ácido Gálico)

Efluente Bruto; Solidos Totais (mg/L);

11.625,00

Efluente Bruto; Sólidos

Dissolvidos (mg/L);

10334,00

Efluente Tratado;

Solidos Totais (mg/L);

26470,00

Efluente Tratado; Sólidos

Dissolvidos (mg/L);

25988,00

Sólidos Totais e Sólidos Dissolvidos

Efluente Bruto Efluente Tratado

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Gráfico 4 - Comparação de Turbidez do efluente bruto com o tratado.

Foi realizado uma pesquisa sobre os valores permitidos pelo Conselho

Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) e pelo Conselho Estadual do Meio

Ambiente (CEMA) para os parâmetros estabelecidos no presente trabalho, os

quais estão dispostos na tabela 5. (BRASIL, 2011; CEMA, 2009)

Tabela 5 - Comparativo dos valores dos parâmetros do efluente tratado com os valores

tabelados pelo CONAMA e pelo CEMA.

Parâmetro Efluente tratado CONAMA CEMA

DQO (mg/L) 1833,00 ----- 200 mg/L DBO (mg/L O2) 714,00) Redução de 60% 50 mg/L O2 Fenóis (mg/L) 35,53 0,5 mg/L 0,5 mg/L Sólidos Totais (mg/L) 26.470,00 ----- ----- Sólidos Sedimentáveis (mL/L) <0,5 ≤ 1 mL/L ≤ 1 mL/L Sólidos Dissolvidos (mg/L) 25988,00 ----- ----- Turbidez (UT) 44,00 ----- -----

Observando os valores da tabela 5 nota-se que no quesito DQO apesar

de após o tratamento o valor estar acima do permitido pela Legislação Estadual

houve uma redução de 89,12% do valor do efluente bruto e na DBO5, pelo CEMA

o valor está acima, porém pelo CONAMA a porcentagem de redução está

aproximadamente 21% acima do tabelado, contudo nos fenóis tanto para o

CEMA quanto para o CONAMA o valor é superior ao indicado porém houve uma

redução de 97,71% após o tratamento. No parâmetro de sólidos sedimentáveis

o valor obtido está de acordo com a legislação prevista. Sendo que nos outros

quesitos não há especificações quanto aos valores limítrofes.

É sabido que é permitido pelas Legislações vigentes no máximo 15 mg/L

de Ferro solúvel sendo necessária uma análise posterior para determinar o valor

Turbidez (UNT);

Efluente Bruto; 483,00

Turbidez (UNT);

Efluente Tratado;

44,00

Turbidez (UNT)

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final real presente no efluente tratado, já que foi utilizado 4 g de Sulfato Ferroso,

podendo essa ser a causa do aumento no valor dos sólidos totais e dissolvidos.

Comparando-se o efluente bruto com o efluente já tratado verificou-se

uma porcentagem de redução significativa de poluentes além de sua coloração

ter passo de um azul escuro para amarelo claro.

Observando-se os resultados obtidos de DBO e de DQO, no presente

trabalho, e comparando-os com ARAUJO (2002), que ao degradar o corante

reativo 19 usando o processo foto-fenton (1 hora) obteve nos parâmetros DBO

e DQO redução de 19,20% e 41,80%, respectivamente. Enquanto que ao tratar

com lodo ativado durante 3 dias, ARAUJO (2002), obteve um porcentual de

redução de 91,70% na DBO e 70,70% na DQO. Sendo assim verificou-se que o

processo fenton realizado neste estudo, no quesito porcentagem de redução

para DBO, foi superior ao processo foto-fenton porém inferior ao processo de

lodo ativado, enquanto que para a DQO foi superior aos dois outros processos

de tratamento, indicando que o tratamento em estudo possui significativa

eficiência.

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8 CONCLUSÃO

Neste trabalho pode-se estudar a aplicação do processo Fenton para

tratar os resíduos dos efluentes de indústrias oftálmicas e também caracterizar

físico-quimicamente o efluente bruto e o tratado, apresentando um comparativo

positivo do tratamento estudado com relação a legislação vigente, tanto o

CONAMA quanto ao CEMA.

E apesar de o tratamento mais utilizado hoje em dia ser com o coagulante

Sulfato de Alumínio, comparando os resultados obtidos na tabela 2, podemos

verificar que o tratamento utilizando o processo oxidativo avançado fenton

demonstrou ser mais eficiente que o tratamento convencional.

De modo geral, o tratamento reduziu significativamente quatro dos sete

parâmetros, aumentou dois dos sete e manteve um deles sem alterações.

Recomenda-se fazer estudos mais aprofundados para tratar dos dois

parâmetros em que houve o aumento. Porém este método de tratamento pode

ser sugerido para tratar o efluente em questão.

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